E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира

Боданис Дэвид

В конце концов, он отправился по железной дороге в другую школу, где отличавшиеся большей добротой учителя разглядели в Хойле одаренного мальчика и помогли ему получить стипендию. Кончилось тем, что Хойл поступил в Кембриджский университет, где специализировался по математике и астрофизике и делал в этом такие успехи, что до крайности нелюдимый Поль Дирак взял его в ученики, — событие до той поры невиданное, — а прежний руководитель Пэйн, Эддингтон, приглашал на чаепития, — впрочем, поскольку поговаривали, что в Гарварде Пэйн «осрамилась» (в смысле интеллектуальном), имя ее почти не упоминалось. (История уже была переписана: Генри

Норрис Расселл и прочие давали теперь понять, что они «всегда» знали, как много на Солнце водорода.)

А вот решение вопроса о том, каким образом звездам удается использовать гелий в качестве последующего топлива для колоссальной машины E=mc ², так и застряло на месте, — том, на котором его оставили в 1920-х Пэйн и ее прямые последователи. Существующей в центре нашего Солнца температуры в 10 и более миллионов градусов едва-едва хватало на то, чтобы слеплять вместе четыре положительно заряженных ядра водорода, отчего возникал гелий. Но для того, чтобы склеивать в процессе горения ядра гелия и создавать таким образом элементы более крупные, необходимы температуры намного более высокие. Между тем, вселенная была уже изучена достаточно подробно и таковых в ней не наблюдалось.

И где же тогда следовало искать температуры, превышающие те, что развиваются в центре звезды?

Вот тут и пригодилось обыкновение Хойла складывать факты по-своему. В начале Второй мировой войны его включили в состав группы, занимавшейся исследованиями и разработкой радаров, а в декабре 1944-го он попал в Соединенные Штаты на посвященное обмену информацией совещание, и в конечном итоге оказался в Монреале, где дожидался одного из редких в те времена авиарейсов, который позволил бы ему вернуться через Атлантику домой.

Он бродил по городу и его окрестностям, собирая попутно сведения о работавшей в Чалк-Ривер (примерно в 100 милях от Оттавы) британской исследовательской группе. Официально никто ему о «Манхэттенском проекте» не сообщал, однако имена, которые услышал здесь Хойл, — а некоторые из них принадлежали людям, с чьими работами он познакомился еще в довоенном Кембридже, — постепенно позволили ему уяснить основные этапы развития сверхсекретного проекта, в то время еще осуществлявшегося в Лос-Аламосе.

Из опубликованных перед войной работ Хойл знал: простейший способ получения изначального сырья, необходимого для изготовления бомбы, состоит в том, чтобы использовать реактор для создания плутония. Он знал также, что Британия строить собственные реакторы не пыталась. Это означало, заключил Хойл, что ученые столкнулись на пути использования плутония с какой-то неожиданной проблемой — и, возможно, она состояла в том, что им не удавалось добиться достаточно быстрого развития реакции. Однако теперь, выяснив, кто именно работает в Канаде, а среди этих людей имелись математики, специализировавшиеся по теории взрыва, он понял, что проблему эту, по-видимому, удалось разрешить.

У Оппенгеймера и Гроувза имелись заборы из колючей проволоки, вооруженная охрана и офицеры службы безопасности — все это плотным кольцом окружало ученых, занимавшихся в Лос-Аламосе проблемой детонации плутония. Однако ни те, ни другие, ни третьи не смогли послужить защитой от человека, которому удалось когда-то перехитрить строгую администрацию йоркширской системы образования. Ко времени, когда Хойлу удалось, наконец, вылететь на родину, он уже в общих чертах

представлял себе, чего смогли добиться сотни специалистов Оппенгеймера. Такое вещество, как плутоний, просто так не взрывается, однако если его достаточно быстро сдавить до большой плотности, оно определенно само раздавит свои атомы. Имплозия повысит в нем и давление, и температуру в достаточной для этого мере.

Все, кто участвовал в создании бомбы, считали имплозию явлением чисто локальным, работающим лишь применительно к плутониевым сферам диаметром в несколько дюймов. Но почему же его масштабы должны оставаться столь малыми? Имплозия превосходно работает на Земле. А Хойл привык не ограничивать свою мысль какими-либо пределами. Почему не применить идею имплозии и к звездам?

Если подвергнуть имплозии звезду, она тоже разогреется. Температура в ее центре уже не будет составлять, — как быстро подсчитал Хойл, — 20, примерно, миллионов градусов, но приблизится к 100 миллионам. А этого хватит, чтобы слепить крупные ядра элементов более массивных. При высоком давлении из гелия можно получить углерод. Если же имплозия будет развиваться и дальше, звезда разогреется еще сильнее и возникнут ядра еще более тяжелых элементов: кислорода, кремния, серы и прочих.

Все зависело от того, может ли звезда и вправду переживать такое внутреннее «схлопывание», однако Хойл понимал — для этого существует вполне вероятная причина. Пока звезда остается относительно холодной, пока температура в ее центре не превышает 20 миллионов градусов, она способна лишь пережигать водород, порождая гелий, который накапливается примерно так же, как пепел в камине. Когда же весь водород выгорит, пепел сам по себе гореть уже не сможет. Верхние слои звезды не будут больше подпираться, выталкиваться наружу ее внутренним горением. Они начнут стягиваться внутрь — точь-в-точь как у сконструированной в Лос-Аламосе бомбы.

Когда же звезда сжимается, температура в ней поднимается до 100 миллионов градусов, достаточных, чтобы воспламенить состоящий из гелия «пепел». После того как выгорит игелий, накопится новый пепел и начнется новый этап. Углерод при 100 миллионах градусов гореть не может, а значит звезда начнет сжиматься снова. Температура ее еще возрастет, наступит новый цикл развития процесса. Все это похоже на то, как обваливается внутрь себя многоэтажное здание, на то, как гнутся и ломаются опоры одного его этажа за другим. И центральную роль играет на каждом этапе горения формула E=mc ²– сначала выжигается водород, затем гелий, затем углерод, — необходимая для этого энергетическая подпитка получается преобразованием массы в энергию.

В дальнейшем процесс этот разрабатывался все в больших подробностях, многие из которых выявил сам Хойл, однако главной для решения проблемы в целом стала первоначальная идея, полученная им из рассмотрения атомной бомбы. Хойл просто перенес весь процесс с нескольких фунтов плутония, ценой большого труда полученных на Земле, на шары из бурно кипящего газа — звезды, имеющие диаметры в сотни тысяч километров и удаленные от нас в космосе на колоссальные расстояния. Он понял, как могут звезды создавать жизненно необходимые элементы. Он понял также, что, когда те звезды, что покрупнее, исчерпывают свое последнее топливо, они должны распадаться. И после этого все, что было ими создано, извергается в космос.